Perfusion de lipopolysaccharides comme modèle de choc endotoxémique porcin
Summary
Nous fournissons un protocole pour un modèle expérimental de choc endotoxémique chez le porc par perfusion de lipopolysaccharide.
Abstract
La septicémie et le choc septique sont fréquemment rencontrés chez les patients traités dans les unités de soins intensifs (USI) et figurent parmi les principales causes de décès chez ces patients. Elle est causée par une réponse immunitaire déréglée à une infection. Même avec un traitement optimisé, les taux de mortalité restent élevés, ce qui rend nécessaire de mieux comprendre la physiopathologie et de nouvelles options de traitement. Le lipopolysaccharide (LPS) est un composant de la membrane cellulaire des bactéries à Gram négatif, qui sont souvent responsables d’infections provoquant une septicémie et un choc septique.
La gravité et la mortalité élevée de la septicémie et du choc septique rendent impossibles les études expérimentales standardisées chez l’homme. Ainsi, un modèle animal est nécessaire pour des études ultérieures. Le cochon est particulièrement bien adapté à cet effet car il ressemble beaucoup aux humains en anatomie, physiologie et taille.
Ce protocole fournit un modèle expérimental pour le choc endotoxémique chez les porcs par perfusion de LPS. Nous avons pu induire de manière fiable des changements fréquemment observés chez les patients en choc septique, notamment une instabilité hémodynamique, une insuffisance respiratoire et une acidose. Cela permettra aux chercheurs d’obtenir des informations précieuses sur cette condition très pertinente et d’évaluer de nouvelles approches thérapeutiques dans un cadre expérimental.
Introduction
La septicémie et le choc septique figurent parmi les principales causes de mortalité chez les patients recevant un traitement en soins intensifs 1,2,3. La septicémie survient lorsqu’une infection déclenche une réponse immunitaire déréglée entraînant une défaillance multiviscérale. Elle se caractérise par des symptômes potentiellement mortels, notamment une instabilité hémodynamique, une détresse respiratoire, une insuffisance hépatique et rénale, ainsi que des troubles cognitifs 4,5. Le choc septique représente un sous-ensemble de la septicémie avec des symptômes particulièrement graves qui augmentent considérablement la mortalité. Ces symptômes comprennent une hypotension persistante nécessitant un traitement vasopresseur et un taux de lactate sérique supérieur à 2 mmol∙L-1 4,5. Les taux de mortalité chez les patients atteints de choc septique ont été estimés à 40 %, même avec un traitement hospitalier 1,3,5.
Les bactéries à Gram négatif, telles que Pseudomonas et Escherichia coli, provoquent souvent des infections déclenchant cette réponse immunitaire déréglée4. Les mécanismes physiopathologiques sous-jacents sont complexes et ne sont pas encore entièrement compris. Un aspect bien décrit concerne l’activation de récepteurs de type Toll sur les cellules immunitaires par des motifs moléculaires associés à des agents pathogènes (PAMP), conduisant à la libération de cytokines telles que le facteur de nécrose tumorale alpha (TNFα) ou l’interleukine 1 (IL 1)4. L’un de ces PAMP est le lipopolysaccharide (LPS), qui constitue un composant de la membrane cellulaire chez les bactéries à Gram négatif6. Le LPS a été utilisé dans des modèles animaux pour induire une endotoxémie et un choc endotoxémique 7,8.
Les modèles animaux fournissent un cadre contrôlé et standardisé pour développer et étudier de nouvelles stratégies de traitement. En raison de son anatomie, de sa physiologie immunologique et de ses paramètres hémodynamiques similaires, le modèle porcin est particulièrement bien adapté à l’étude des effets du choc endotoxémique 9,10. De plus, les équipements médicaux standard couramment utilisés chez les patients humains peuvent être facilement appliqués chez les porcs en raison de la taille similaire de leurs voies respiratoires et de leurs vaisseaux sanguins, ce qui facilite l’instrumentation et la surveillance hémodynamique.
Avec ce protocole, nous fournissons un modèle expérimental de choc endotoxémique chez les porcs par perfusion intraveineuse de LPS dérivé d’E. coli. Pour surveiller les effets, nous avons mesuré les paramètres hémodynamiques et pulmonaires, notamment la pression artérielle, la fréquence cardiaque, la saturation périphérique en oxygène, la pression artérielle pulmonaire et la pression des voies respiratoires. Pour évaluer l’influence de l’endotoxémie sur l’apport en oxygène cérébral, nous avons utilisé la spectrométrie proche infrarouge (NIRS). Avec cette méthode, la saturation cérébrale en oxygène peut être évaluée via une électrode adhésive appliquée sur le front11.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nous présentons un protocole d’induction d’endotoxémie expérimentale chez le porc par perfusion de LPS, visant à induire de manière fiable les changements couramment observés dans le sepsis et le choc septique. Plusieurs étapes critiques doivent être prises en compte dans ce protocole. Une sédation adéquate des porcs avant le transport est cruciale pour éviter l’élévation des taux de catécholamines induite par le stress, ce qui pourrait potentiellement compromettre les résultats. L’intubation des p…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs tiennent à remercier Dagmar Dirvonskis pour son excellent soutien technique.
Materials
| Atracurium Hikma 50 mg/5mL | Hikma Pharma GmbH, Martinsried | ||
| Azaperone (Stresnil) 40 mg/mL | Lilly Deutschland GmbH, Bad Homburg, Germany | ||
| BD Discardit II Spritze 2, 5, 10, 20 mL | Becton Dickinson S.A. Carretera, Mequinenza Fraga, Spain | syringe | |
| BD Luer Connecta | Becton Dickinson Infusion Therapy, AB Helsingborg, Schweden | 3-way-stopcock | |
| Curafix i.v. classics | Lohmann & Rauscher International GmbH & Co. KG, Rengsdorf, Germany | Cannula retention dressing | |
| Datex Ohmeda S5 | GE Healthcare Finland Oy, Helsinki, Finland | hemodynamic monitor | |
| Engström Carestation | GE Heathcare, Madison USA | ventilator | |
| Fentanyl-Janssen 0.05 mg/mL | Janssen-Cilag GmbH, Neuss | fentanyl | |
| Führungsstab, Durchmesser 4.3 | Rüsch | endotracheal tube introducer | |
| Incetomat-line 150 cm | Fresenius, Kabi Deutschland, GmbH | perfusor line | |
| Intrafix Primeline | B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | Infusion line | |
| Introducer sheath 5 Fr. | Terumo Healthcare | arterial introducer | |
| INVOS | Medtronic, Dublin, Ireland | near infrared spectrometry | |
| JOZA Einmal Nitril Untersuchungshandschuhe | JOZA, München, Germany | disposable gloves | |
| Laryngoscope, 45.48.50, KL 2000 | Medicon | Laryngoscope handle | |
| Littmann Classic III Stethoscope | 3M Deutschland GmbH, Neuss, Germany | stethoscope | |
| LPS (E. coli; Serotype O111:B4) | Sigma-Aldrich, Switzerland | ||
| MAC Two-Lumen Central venous access set | Arrow international inc. Reading, PA, USA | venous introducer | |
| Maimed Vlieskompresse | Maimed GmbH, Neuenkirchen, Germany | Fleece compress to fix the tongue | |
| Masimo LNCS Adtx SpO2 sensor | Masimo Corporation Irvine, Ca 92618 USA | saturation clip for the tail | |
| Masimo LNCS TC-I SpO2 ear clip sensor | Masimo Corporation Irvine, Ca 92618 USA | Saturation clip for the ear | |
| Masimo Radical 7 | Masimo Corporation Irvine, Ca 92618 USA | periphereal oxygen saturation | |
| Midazolam 15 mg/3 mL | B.Braun Melsungen AG, Germany | ||
| Midmark Canine Mask Small Plastic with Diaphragm FRSCM-0005 | Midmark Corp., Dayton, Ohio, USA | dog ventilation mask | |
| Monocryl surgical suture | Johnson & Johnson, Belgium | ||
| B.Braun Melsungen AG, Germany | saline solution | ||
| NaCl 0.9 % | Sanofi- Aventis, Seutschland GmbH | ||
| Octeniderm farblos | Schülke & Mayr GmbH, Nordenstedt, Germany | Alcoholic disinfectant | |
| Original Perfusor syringe 50 mL | B.Braun Melsungen AG, Germany | perfusor syringe | |
| PA-Katheter Swan Ganz 7.5 Fr 110 cm | Edwards Lifesciences LLC, Irvine CA, USA | Swan-Ganz catheter | |
| Perfusor FM Braun | B.Braun Melsungen AG, Germany | syringe pump | |
| PiCCO catheter | PULSION Medical Systems SE, Feldkirchen, DE | ||
| Potassium chloride 1 M | Fresenius, Kabi Germany GmbH | ||
| Propofol 2% 20 mg/mL (50 mL flasks) | Fresenius, Kabi Deutschland, GmbH | ||
| Pulse-contour continous cardiac output System PiCCO2 | PULSION Medical Systems SE, Feldkirchen, DE | ||
| Rüschelit Super Safety Clear >ID 6/6.5 /7.0 mm | Teleflex Medical Sdn. Bhd, Malaysia | endotracheal tube | |
| Sonosite Micromaxx Ultrasoundsystem | Sonosite Bothell, WA, USA | ultrasound | |
| Stainless Macintosh Größe 4 | Welch Allyn69604 | blade for laryngoscope | |
| Sterofundin | B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | Balanced electrolyte solution | |
| Vasco OP sensitive | B.Braun Melsungen AG, Germany | sterile gloves | |
| Vasofix Safety 22 G-16 G | B.Braun Melsungen AG, Germany | venous catheter | |
| VBM Cuff Manometer | VBM Medizintechnik GmbH, Sulz a.N., Germany | cuff pressure gauge |
References
- Vincent, J. -. L., Jones, G., David, S., Olariu, E., Cadwell, K. K. Frequency and mortality of septic shock in Europe and North America: a systematic review and meta-analysis. Critical Care. 23 (1), 196 (2019).
- Reinhart, K., et al. Recognizing sepsis as a Global Health Priority – A WHO Resolution. New England Journal of Medicine. 377 (5), 414-417 (2017).
- Cecconi, M., Evans, L., Levy, M., Rhodes, A. Sepsis and septic shock. The Lancet. 392 (10141), 75-87 (2018).
- Font, M. D., Thyagarajan, B., Khanna, A. K. Sepsis and septic shock – basics of diagnosis, pathophysiology and clinical decision making. Medical Clinics of North America. 104 (4), 573-585 (2020).
- Singer, M., et al. The Third International Consensus definitions for sepsis and septic shock (Sepsis-3). JAMA. 315 (8), 801 (2016).
- Jerala, R. Structural biology of the LPS recognition. International Journal of Medical Microbiology. 297 (5), 353-363 (2007).
- Copeland, S., Warren, H. S., Lowry, S. F., Calvano, S. E., Remick, D. Inflammation and the host response to injury investigators acute inflammatory response to endotoxin in mice and humans. Clinical and Diagnostic Laboratory Immunology. 12 (1), 60-67 (2005).
- Dickson, K., Lehmann, C. Inflammatory response to different toxins in experimental sepsis models. International Journal of Molecular Sciences. 20 (18), 4341 (2019).
- Bassols, A., Costa, C., Eckersall, P. D., Osada, J., Sabrià, J., Tibau, J. The pig as an animal model for human pathologies: A proteomics perspective. PROTEOMICS – Clinical Applications. 8 (9-10), 715-731 (2014).
- Meurens, F., Summerfield, A., Nauwynck, H., Saif, L., Gerdts, V. The pig: a model for human infectious diseases. Trends in Microbiology. 20 (1), 50-57 (2012).
- Ali, J., Cody, J., Maldonado, Y., Ramakrishna, H. Near-infrared spectroscopy (NIRS) for cerebral and tissue oximetry: analysis of evolving applications. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 36, 2758-2766 (2022).
- . Getinge Deutschland GmbH PiCCO Technologie Erweitertes hämodynamisches Monitoring auf höchstem Niveau Available from: https://www.getinge.com/dam/hospital/documents/german/picco_haemodynamisches_monitoring_broschuere-de-non_us.pdf (2023)
- Breslow, M. J., Miller, C. F., Parker, S. D., Walman, A. T., Traystman, R. J. Effect of vasopressors on organ blood flow during endotoxin shock in pigs. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 252 (2), H291-H300 (1987).
- Fink, M. P., et al. Systemic and mesenteric O2 metabolism in endotoxic pigs: effect of ibuprofen and meclofenamate. Journal of Applied Physiology. 67 (5), 1950-1957 (1989).
- Lado-Abeal, J., et al. Lipopolysaccharide (LPS)-induced septic shock causes profound changes in myocardial energy metabolites in pigs. Metabolomics. 14 (10), 131 (2018).
- Park, I., et al. Characterization of fecal peritonitis-induced sepsis in a porcine model. The Journal of Surgical Research. 244, 492-501 (2019).
- Jarkovska, D., et al. Heart rate variability in porcine progressive peritonitis-induced sepsis. Frontiers in Physiology. 6, 412 (2015).
- Kohoutova, M., et al. Vagus nerve stimulation attenuates multiple organ dysfunction in resuscitated porcine progressive sepsis. Critical Care Medicine. 47 (6), e461-e469 (2019).
- Vintrych, P., et al. Modeling sepsis, with a special focus on large animal models of porcine peritonitis and bacteremia. Frontiers in Physiology. 13, 1094199 (2022).
- Stengl, M., et al. Reduced L-type calcium current in ventricular myocytes from pigs with hyperdynamic septic shock. Critical Care Medicine. 38 (2), 579-587 (2010).
